【正文】 案二：采用數(shù)字式的集成溫度傳感器 DS18B20 作為溫度檢測(cè)的核心元件，由其檢測(cè)并直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)給單片機(jī)進(jìn)行處理。故該方案不適合本系統(tǒng)。溫度值在器件內(nèi)部轉(zhuǎn)化成數(shù)字量直接輸出，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)，又由于該溫度傳感器采用先進(jìn)的單總線技術(shù)，與單片機(jī)的接口變得非常簡(jiǎn)潔，抗干擾能力強(qiáng)，因此該方案適用于本系統(tǒng)。 AT89C52 單片機(jī)工作電壓低，性能高，片內(nèi)含8k 字節(jié)的只讀程序存儲(chǔ)器 ROM 和 256 字節(jié)的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM，它兼容標(biāo)準(zhǔn)的MCS51 指令系統(tǒng)，單片價(jià)格也不貴，適合本設(shè)計(jì)系統(tǒng)。 方案二：采用 LCD 液晶顯示屏顯示溫度。但不足的地方是它采用動(dòng)態(tài)掃描的顯示方式，各個(gè) LED 數(shù)碼管是逐個(gè)點(diǎn)亮的，因此會(huì)產(chǎn)生閃爍，但由于人眼的視覺(jué)暫留時(shí)間為 20MS，故當(dāng)數(shù)碼管掃描周期小于這個(gè)時(shí)間時(shí)人眼不會(huì)感覺(jué)到閃爍，因此只要描頻率設(shè)置得當(dāng)即可采用該方案。但是液晶顯示模塊的元件價(jià)格昂貴，顯示驅(qū)動(dòng)程序的編寫(xiě)也較復(fù)雜，從簡(jiǎn)單實(shí)用的原則考慮，本系統(tǒng)采用方案一。 方案二：采用單片機(jī)軟件編程實(shí)現(xiàn) PWM（脈沖寬度調(diào)制）調(diào)速的方法。占空比是指高電平持續(xù)時(shí)間在一 第 4 頁(yè) 4 個(gè)周期時(shí)間內(nèi)的百分比。用單片機(jī) I/O 口輸出 PWM 信號(hào)時(shí)，有如下三種方法： (1) 利用軟件延時(shí)。在本設(shè)計(jì)中應(yīng)用了此方法?？刂品椒ㄅc (1)相同，只是在該方法中利用單片機(jī)的定時(shí)器來(lái)定時(shí)進(jìn)行高低電平的轉(zhuǎn)變，而不是用軟件延時(shí)。 (3) 利用單片機(jī)自帶的 PWM 控制器。 對(duì)于方案一，該方案能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)直流風(fēng)扇電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，速度變化靈敏，但是D/A 轉(zhuǎn)換芯片的價(jià)格較高，與其溫控狀態(tài)下無(wú)級(jí)調(diào)速功能相比性價(jià)比不 高。綜合考慮選用方案二。輔助元件包括電阻電容、晶振、電源、按鍵、撥碼開(kāi)關(guān)等。 適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。 ℃ ；可檢測(cè)溫度分辨率為9~12 位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃ ， ℃ ， ℃ 和 ℃ ，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫；它單線接口的獨(dú)特性，使它與微處理器連接時(shí)僅需一條端口線即可實(shí)現(xiàn)與微處理器的雙向通信；支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，即多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫的功能；工作電壓范圍寬，其范圍在 ~[3]。其管腳有三個(gè)，其中 DQ 為數(shù)字信號(hào)端， GND 為電源地，VDD 為電源輸入端。在本系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路中，選用達(dá)林頓反向驅(qū)動(dòng)器 ULN2803 來(lái)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇直流電機(jī)。每個(gè)電機(jī)由單片機(jī)的一個(gè) I/O 口控制，單片機(jī) I/O 口輸出的為 5V 的 TTL 信號(hào)。當(dāng)輸入 TTL 信號(hào)為 5V 或 CMOS信號(hào)為 6~15V時(shí)，輸出的最大電壓為 50V，最大電流為 500mA，工作溫度范圍為 0~70℃ 。 AT89C52 單片機(jī)簡(jiǎn)介 AT89C52 是 51 系列單片機(jī)的一個(gè)型號(hào)，它是由 ATMEL 公司生產(chǎn)的一個(gè)低電壓、高性能的 8 位單片機(jī)，片內(nèi)器件采用 ATMEL 公 司的非易失性、高密度存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令系統(tǒng)兼容，同時(shí)片內(nèi)置有通用 8 位中央處理器和 8k 字節(jié) 的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器 ROM 以及 256 字節(jié) 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM，在許多許多較復(fù)雜的控制系統(tǒng)中 AT89C52 單片機(jī)得到了廣泛 的應(yīng)用。 P0 口： ~，這組引腳共 8 條，其中 為最高位， 為最低位 。第一種情況是單片機(jī)不帶片外存儲(chǔ)器， P0 口 可以作為通用 I/O 口使用， ~ 用于傳送 CPU 的輸入 /輸出數(shù)據(jù)，此時(shí)它需外接一上拉電阻才能正常工作。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部 含 上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口 。 在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口 用于輸入 片內(nèi) EPROM 的低 8 位地址。在一些型號(hào)的單片機(jī)中， P2 口還可以配合 P1 口傳送片內(nèi) EPROM 的 12 位地址中的高 4 位地址。 它也可作為通用的 I/O 口使用，傳送用戶的輸入輸出數(shù)據(jù)， P3 口也作為一些 特殊功能 端 口 使用 ，如下所示： ： RXD（串行 數(shù)據(jù)接收 口） 第 7 頁(yè) 7 ： TXD（串行 數(shù)據(jù)發(fā)送 口） ： 0INT （外部中斷 0 輸入 ） ： 1INT （外部中斷 1 輸入 ） ： T0（記 數(shù) 器 0 計(jì)數(shù) 輸入） ： T1（記時(shí)器 1 外部輸入） ： WR （外部 RAM 寫(xiě)選通 信號(hào) ） ： RD （外部 RAM 讀選通 信號(hào) ） 圖 AT89C51 單片機(jī) RST：復(fù)位輸入。 ALE/ PROG ： 地址鎖存允許 /編程線， 當(dāng)訪問(wèn) 片 外存儲(chǔ)器時(shí)， 在 ~ 引腳線上輸出片外存儲(chǔ)器低 8 位地址的同時(shí)還在 ALE/ PROG 線上輸出一個(gè)高電位脈沖，其下降沿用于把這個(gè)片外存儲(chǔ)器低 8位地址鎖存到外部專(zhuān)用地址鎖存器，以便空出 ~引腳線去傳送隨后而來(lái)的片外存儲(chǔ)器讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。 PSEN ：外部程序存儲(chǔ)器 ROM 的選通信號(hào)。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。當(dāng) EA 端保持高電平時(shí)， 則允許使用片 內(nèi)程序存儲(chǔ)器。 XTAL1 和 XTAL2：片內(nèi)振蕩電路輸入線，這兩個(gè)端子用來(lái)外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來(lái)連接單片機(jī)片內(nèi) OSC 的定時(shí)反饋回路。 LED 又稱為數(shù)碼管，它主要是由 8段發(fā)光二極管組成的不同組合，其中 a~g 為數(shù)字和字符顯示段， dp 為小 數(shù)點(diǎn)的顯示，通過(guò) a~g 這 7 個(gè)發(fā)光二極管點(diǎn)亮的不同組合，可以顯示 0～ 9 和 A～ F 共 16 個(gè)數(shù)字和字 第 8 頁(yè) 8 dpgfedcbadpgfedcbaR x 8 R x 8母。共陰極結(jié)構(gòu)把 8 個(gè)發(fā)光二極管陰極連在一起，共陽(yáng)極結(jié)構(gòu)把 8 個(gè)發(fā)光二極管陽(yáng)極連在一起。 圖 七段 LED 數(shù)碼管 表 7 段 LED 的段選碼表 顯示字符 共陰極段碼 共陽(yáng) 極段碼 顯示字符 共陰極段碼 共陽(yáng)極段碼 0 3fH C0H 8 7fH 80H 1 06H F9H 9 6fH 90H 2 5bH A4H A 77H 88H 3 4fH B0H B 7fH 83H 4 66H 99H C 39H C6H 5 6dH 92H D 3fH A1H 6 7dH 82H E 79H 86H 7 07H F8H F 71H 8EH 一個(gè)共陰極數(shù)碼管接至單片機(jī)的電路，要想顯示數(shù)字“ 7”須 a、 b、 c 這 3 個(gè)顯示段發(fā)光 （即這 3 個(gè)字段為高電平）只要在 P0 口輸入 00000111（ 07H）即可。字形與段選碼的關(guān)系見(jiàn)表 所示。單片機(jī)上的 XTAL1和 XTAL2用來(lái)外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來(lái)連接單片機(jī)片內(nèi) OSC的定時(shí)反饋回路。其中電容 C C2 為 20pF， C3 為 10uF，電阻 R R3 為 10k，晶振為 。 系統(tǒng)上電后，進(jìn)入鍵盤(pán)掃描子程序，以查詢的方式確定各按鍵，完成溫度初值的設(shè)定。其接線圖如下： 第 10 頁(yè) 10 圖 獨(dú)立鍵盤(pán)連接電路 數(shù)碼管顯示電路 本設(shè)計(jì)制作中選用 5 位共陰極數(shù)碼管作為顯示模塊，它和單片機(jī)硬件的接口如圖 所示。 5 位數(shù)碼管的段選 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dp 線分別與單片機(jī)的 ~ 口連接，其中 P0 口需接一 10K 的上拉電阻，以使單片機(jī)的 P0 口能夠輸出高低電平。 第 11 頁(yè) 11 圖 數(shù)碼管顯示電路 溫度采集電路 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器通過(guò)其內(nèi)部計(jì)數(shù)時(shí)鐘周期來(lái)的作用，實(shí)現(xiàn)了特有的溫度測(cè)量功能。如果計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，高溫度系數(shù)振蕩周期還未結(jié)束，則表示測(cè)量的溫度值高于 55℃，被預(yù)置在 55℃的溫度寄存器中的值就增加 1℃，然后這個(gè)過(guò)程 不斷重復(fù)，直到高溫度系數(shù)振蕩周期結(jié)束為止。由于溫度振蕩器的拋物線特性的影響，其內(nèi)用斜率累加器進(jìn)行補(bǔ)償 [6]。只須將 DS18B20 信號(hào)線與單片機(jī) 1 位 I/O 線相連，且單片機(jī)的 1 位 I/O 線可掛接多個(gè) DS18B20，就可實(shí)現(xiàn)單點(diǎn) 第 12 頁(yè) 12 或多點(diǎn)溫度檢測(cè) [7]。其 與單片機(jī)的連接如圖 。 鍵盤(pán)控制設(shè)置溫度，通過(guò)軟件向單片機(jī)輸入相應(yīng)控制指令，由單片機(jī)通過(guò) 口輸出與轉(zhuǎn)速相應(yīng)的 PWM 脈沖，經(jīng)過(guò) ULN2803 驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇直流電機(jī)控制電路，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速與啟停的自動(dòng)控制 [8]。 電路如圖 所示，風(fēng)扇電機(jī)的一端接 12V 電源，另一端接 ULN2803 的 OUT7引腳， ULN2803 的 IN7 引腳與單片機(jī)的 引腳相連，通過(guò)控制單片機(jī)的 引腳輸出 PWM 信號(hào)，由此控制風(fēng)扇直流電機(jī)的速度與啟停。本系統(tǒng)中單片機(jī) I/O 口 輸出的 TTL 信號(hào)為 5V，因此此風(fēng)扇電機(jī)可以用 ULN2803 來(lái)驅(qū)動(dòng)。DS18B20 初始化 函數(shù)完成對(duì) DS18B20 的初始化 ； DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)完成對(duì)環(huán)境溫度的實(shí)時(shí)采集； 溫度讀取函數(shù)完成主機(jī)對(duì)溫度傳感器數(shù)據(jù)的讀取及數(shù)據(jù)換算， 鍵盤(pán)掃描函數(shù)則根據(jù)需要完成初值的加減設(shè)定；溫度處理函數(shù)對(duì)采集到的溫度進(jìn)行分析出理，為電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化提供條件；風(fēng)扇電機(jī)控制函數(shù)則根據(jù)溫度的數(shù)值完成對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速及啟停的控制。 隨著單片機(jī)開(kāi)發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語(yǔ)言到逐漸使用高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，單片機(jī)的開(kāi)發(fā)軟件也在不斷發(fā)展， Keil 軟件是目前 使用較多的 MCS51 系列單片機(jī) 開(kāi)發(fā) 的軟件 。 在使用時(shí)要先建立一個(gè)工程，然后添加文件并編寫(xiě)程序，編寫(xiě)好后再編輯調(diào)試。 圖 Keil C51 的使用界面 用 Proteus 進(jìn)行仿真 Proteus 簡(jiǎn)介 Proteus 軟件是來(lái)自英國(guó) Labcenter electronics 公司的 EDA 工具軟件。它還能 配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器 來(lái)顯示和輸出，如示波器、邏輯分析儀等 [10]，效果很好 。其內(nèi)部元件庫(kù)含有豐富的元件，支持總線結(jié)構(gòu)以及智能化的連線功能；支持主流 CPU（如 ARM、 8051/5 AVR）及其通用外設(shè)模型的實(shí)時(shí)仿真等，為單片機(jī)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用等帶來(lái)極大的便利。 圖 Proteus 使用界面 本設(shè)計(jì)基于 Proteus 的仿真 首先啟動(dòng) Proteus 軟件并建立一工程，然后根據(jù)原理圖調(diào)出相應(yīng)的原件，再根據(jù)要求改變各原件的屬性并把各 個(gè)原件按原理圖連接起來(lái)。最后根據(jù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能分步進(jìn)行仿真 [12]。點(diǎn)擊開(kāi)始按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始仿真，待一段時(shí)間穩(wěn)定后，觀察到此時(shí)風(fēng)扇直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 +，如圖 所示。點(diǎn)擊開(kāi)始按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始仿真，待一段時(shí)間穩(wěn)定后，觀察 到此時(shí)直流風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 + r/s，如圖 所示。點(diǎn)擊開(kāi)始按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始仿真，待一段時(shí)間穩(wěn)定后，觀察到此時(shí)直流風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 + r/s，如圖 所示。 圖 Proteus 仿真效果圖三 第 20 頁(yè) 20 通過(guò)以上仿真可以看出，直流風(fēng)扇電機(jī)在系統(tǒng)設(shè)定溫度一定的情況下，其轉(zhuǎn)速隨著環(huán)境溫度（溫度傳感器檢測(cè)到的溫度）的增加而增大。當(dāng)然，在此沒(méi)有實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇直流電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的是電機(jī)在隨環(huán)境溫度變化的四個(gè)等級(jí)的速度變化，環(huán)境溫度在一定小范圍內(nèi)變化風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)速